Диссертация (785882), страница 49
Текст из файла (страница 49)
6.3, задаётся на выходнойкромке расчётной модели.2976.1. Характеристики лабиринтных уплотненийПРОПУСКВХОДДавление[Па]Pressure[Pa]ВЫХОДВАЛВЫХОДНАЯ КАМЕРАВЫХОДВАЛПОТОКРис. 6.15. Схема модели уплотнения с 20-ю гребешками (показаны распределение давления и расчётная сетка)Поверхности вала и статора моделируются как адиабатные стенкис заданной скоростью вращения.В качестве критериев сходимости для стационарных расчётов заданы верхние границы для осреднённых невязок уравнений (5 × 10−6 )и общих балансов уравнений сохранения (1%).
Изменения в значенияхрасхода, давлений в первой и последней камерах, а также коэффициентов жёсткости контролировались во время итерационного процесса длядостижения физической сходимости. Указанные критерии сходимостине были достигнуты при наименьшем коэффициенте давления 0.1. Вэтих случаях расчёт останавливался при прекращении изменений в отслеживаемых физических характеристиках и при достижении верхнейграницы для осреднённых невязок уравнений 3 × 10−5 .Результаты для 20-ти гребешкового уплотненияРасчётные расходные характеристики, а также динамические коэффициенты жёсткости и демпфирования для сквозного лабиринтногоуплотнения с 20-тью гребешками на статоре и с радиальным зазором0.1 мм приведены в зависимости от коэффициента давления, скоростивращения вала и начальной закрутки потока. Данные на графиках, при2986.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийведённых ниже, сгруппированы по следующему правилу: столбцы соответствуют изменениям в скорости вращения, строки соответствуют изменениям в коэффициенте давления.Показанные экспериментальные динамические коэффициенты получены из полного массива данных по импедансам. Это приводит кнебольшим отличиям в окончательных экспериментальных значенияхпо сравнению с оригинальными работами [283; 284]. Можно предположить, что в [283; 284] несколько выбросов в значениях были опущены в процессе идентификации коэффициентов и , однако было неуказано, по каким критериям проходил отбор выбросов.Динамические коэффициенты определяются на основе трёх ВГДрасчётов с частотами прецессии 0 и ±2000 об/мин.
Подобно экспериментальным результатам, значение коэффициента начальной закруткив модели не постоянно, а зависит от скорости вращения вала и коэффициента давления. В итоге было проведено более 81 ВГД-расчёта.Также было выполнено сравнение полученных численных результатов с теоретическими данными расчётов с использованием теории интегральных характеристик Хирса (ТИХ), взятых из [284]. Авторы в [284]использовали модели ТИХ на основе одного и двух контрольных объёмов.
В целом модель с одним контрольным объёмом показала лучшее согласование с экспериментальными данными из [284]. Поэтому длясравнения использовались лишь результаты однообъёмной модели. Результаты расчётов методом интегральных характеристик не были доступны в табличной форме, поэтому значения были вручную извлеченыпо диаграммам из [284] с определённой степенью погрешности [301].На рис. 6.16 представлены расходные характеристики уплотнения.Расход через уплотнение практически не зависит от начальной закрутки газа.
Значения, полученные с помощью ВГД-модели, ниже экспериментальных для всех рабочих параметров. Максимальное отклонение составляет 19.8%, что, тем не менее, является более точным по сравнению с результатами ТИХ. Наибольшие отклонения наблюдаются принаименьшей скорости вращения 10 200 об/мин. Точность ВГД-моделиможет быть улучшена путём уточнения геометрии входных и выходныхкамер уплотнения.2996.1. Характеристики лабиринтных уплотненийРасходная характеристикаРис. 6.16.
Расход для 20-ти гребешкового уплотненияНа рис. 6.17 показан прямой коэффициент жёсткости. Экспериментальные значения показаны с использованием как линейной, таки квадратичной аппроксимации. Прямая жёсткость принимает отрицательные значения на всех рабочих точках.Расчётная прямая динамическая жёсткость остаётся практическипостоянной при изменении коэффициента начальной закрутки.
Экспериментальные значения имеют минимум при среднем коэффициенте начальной закрутки для двух значений коэффициента давления 10% и35%. Наибольшее отличие между экспериментальными данными и результатами ВГД составляет около 40%. ВГД-модель приводит к заниженной прямой жёсткости при коэффициенте давления 10%, а такжедля всех рабочих точек при скорости вращения вала 20 200 об/мин.Сравнивая с данными ТИХ, можно отметить, что результаты ВГДявляются более точными, особенно для коэффициентов давления 35% и50% при скорости вращения вала 20 200 об/мин.3006.1.
Характеристики лабиринтных уплотненийПрямой коэффициент жёсткостиРис. 6.17. Прямая жёсткость для 20-ти гребешкового уплотненияНа рис. 6.18 представлен перекрёстный коэффициент жёсткости.Экспериментальные значения также показаны с использованиемкак линейной, так и квадратичной аппроксимации.
Перекрёстная жёсткость заметно зависит от коэффициента начальной закрутки.Расчётные значения перекрёстной жёсткости согласуются с экспериментальными данными, хотя и имея значительное расхождение нанескольких рабочих точках. Экспериментальные значения растут быстрее с увеличением начальной закрутки, чем результаты ВГД-расчётов.Экспериментальная перекрёстная жёсткость принимает отрицательныезначения для наименьшей закрутки при скоростях вращения вала 10 200и 15 200 об/мин. Данное поведение не воспроизводится ВГД-моделью.Вследствие отличий между экспериментальными и теоретическими значениями коэффициента начальной закрутки, а также сильной зависимости от величины закрутки количественная оценка отклонениймежду экспериментом и расчётом в данном случае не проводилась.3016.1. Характеристики лабиринтных уплотненийПерекрёстный коэффициент жёсткостиРис.
6.18. Перекрёстная жёсткость для 20-ти гребешкового уплотненияСравнение с данными ТИХ не приводит к однозначному заключению о том, какая модель является более точной для перекрёстного коэффициента жёсткости. Однако обобщая результаты на всех рабочихточках, можно отметить, что ВГД-расчёты в целом лучше согласуютсяс экспериментом.На рис. 6.19 приведён прямой коэффициент демпфирования. Экспериментальные значения немного увеличиваются при увеличениикоэффициента начальной закрутки потока и скорости вращения вала.ВГД-модель обнаруживает уменьшение в значениях прямого коэффициента демпфирования при наибольшем коэффициенте начальнойзакрутки на практически всех рабочих точках.
В остальном, расчётныеданные находятся в приемлемом согласовании с экспериментальнымизначениями.Сравнивая с данными ТИХ, можно отметить, что ВГД-модель приводит к лучшему согласованию с экспериментом за исключением рабо3026.1. Характеристики лабиринтных уплотненийПрямой коэффициент демпфированияРис. 6.19. Прямое демпфирование для 20-ти гребешкового уплотнениячих точек при наибольшем коэффициенте начальной закрутки и скорости вращения вала 20 200 об/мин.На рис. 6.20 приведён перекрёстный коэффициент демпфирования.Поведение экспериментальных значений похоже на поведение прямого коэффициента демпфирования. На некоторых рабочих точках значение перекрёстного демпфирование немного превышает значения .Результаты, полученные с помощью ВГД-модели, демонстрируютнеудовлетворительное согласование с данными экспериментов.
Расчётные перекрёстные коэффициенты демпфирования в большинстве случаев ниже экспериментальных значений. Хорошее согласование междурасчётом и экспериментом наблюдается лишь для коэффициента давления 10% и скорости вращения вала 10 200 об/мин.Сравнивая с данными ТИХ, можно сделать вывод, что для перекрёстного коэффициента демпфирования ВГД-модель имеет меньшуюточность, чем ТИХ-модель с одним контрольным объемом.3036.2. Характеристики щёточных уплотненийПерекрёстный коэффициент демпфированияРис. 6.20. Перекрёстное демпфирование для 20-ти гребешкового уплотненияВ заключении можно отметить, что, несмотря на неопределённостьпо некоторым геометрическим параметрам входной и выходной камеруплотнительного узла, ВГД-модель приводит к удовлетворительным результатам по расходу и динамическим коэффициентам длинного лабиринтного уплотнения.6.2.
Характеристики щёточных уплотнений6.2.1. Изменение зазора в щёточном уплотненииСвободный зазор между кончиками волокон и поверхностью вала вщёточном уплотнении может зависеть как от рабочих параметров, таки от характеристик щёточного пакета. В щёточных уплотнениях, устанавливаемых с нулевым номинальным зазором или с натягом, также3046.2. Характеристики щёточных уплотненийможет возникать всплытие или опускание пакета вследствие вращениявала или его эксцентричного положения.Экспериментальное определение функции свободного радиальногозазора в щёточном уплотнении в зависимости от перепада давления проводилось на беспрецессионном стенде оптическим методом с использованием цифровой камеры.
Оценка величины зазора между волокнамии валом осуществлялась с помощью полуавтоматической обработки полученных снимков. Применяемый подход подробно описан в [199].Полученные экспериментальные оценки функции свободного радиального зазора для щёточных уплотнений B-1, B-2B и B-2C приведенына рис. 6.21.
Оптические измерения для уплотнений B-2B и B-2C былипроведены в конфигурации SSB, тогда как щёточное уплотнение B-1 тестировалось в одиночной постановке. Поэтому перепад давления, показанный на рис. 6.21б, соответствует полному перепаду давления в конфигурации SSB.
При необходимости локальный перепад давления длящёточных уплотнений B-2B и B-2C может быть пересчитан из осевогораспределения давления в камерах конфигурации SSB. Это выполненов разделе 7.3.Из результатов, приведённых на рис. 6.21, видно, что все рассмотренные щёточные уплотнения, устанавливаемые с положительным номинальным зазором, явно демонстрируют эффект опускания щётки приповышении перепада давления.В щёточном уплотнении B-1 даже при максимальном перепаде давления в 0.9 МПа наблюдается остаточный свободный зазор величинойоколо 0.02 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
